JPH04365A

JPH04365A - 連続表面処理炉

Info

Publication number: JPH04365A
Application number: JP10066290A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Kondo; 近藤　徹夫; Tatsuya Morishima; 森島　達矢; Haruki Yamada; 山田　治樹; Yoshinaga Nakatani; 中谷　好良; Toshiyuki Matsuura; 松浦　俊幸
Original assignee: Chugai Ro Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Chugai Ro Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 1990-04-17
Filing date: 1990-04-17
Publication date: 1992-01-06
Anticipated expiration: 2014-06-28
Also published as: JP2913316B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、鉄鋼部品（ワーク）に表面処理を施すための
処理炉に係り、より詳しくは鉄鋼部品の表面にガス軟窒
化処理とガス酸化処理とを連続に施すための連続表面処
理炉に関する。

（従来の技術）軟窒化処理は、主として耐摩耗性と耐疲労性との向上を
目的に行われるもので、従来一般には塩浴中で処理して
いた。しかしながら、この塩浴は有害なシアンを含むた
めに公害問題を引き起こす危険があり、そこで、最近は
窒化ガス中で処理するガス軟窒化が多用されるようにな
ってきている。ガス軟窒化処理は１通常、軟窒化温度（
５５０〜６５０℃）に保持した炉内にＮＨ３ガスと吸熱
型変成ガスを導入して行うが、前記吸熱型変成ガスを得
るための変成炉を排除する目的で、窒化ガスとしてＮＨ
３ガス、炭酸ガス（ＣＯ２）　、酸素ガス（０２）　、
窒素ガス（Ｎ２）等の混合ガスを用いる場合もある（特
開昭６２−２７０７６１号、特開昭８３−２５５３５５
号公報等）。

一方、酸化処理は、主として耐食性を向上させる目的で
行われるものであるが、最近では窒化処理と組合わせる
ことの有用性が確認され、上記軟窒化処理に続いて実施
することが多くなってきている（特開昭５８−１２８１
１７７号公報、特開昭８４−３１１５７号公報等）、こ
の酸化処理には発熱型変成ガス、水蒸気、空気（０２）
　、　ＧＯ２等の酸化性ガスが用いられるが、密着性の
良いＦｅ３Ｏ４を主体とする酸化皮膜を得るには、鉄鋼
部品（ワーク）を５００℃以上に保持して酸化雰囲気に
曝す必要がある。そこで、前記特開昭６４−３１９５７
号公報に示される表面処理では、軟窒化処理を終えた後
、同一炉内に前記酸化性ガスを導入して酸化処理を行う
ようにしている。

ところで、ガス軟窒化やガス酸化を行う場合、ワークの
表面に付着している切削油、防錆油等の不純物を予め除
去する必要があるが、これを従前の有機溶剤やアルカリ
洗浄剤による洗浄、あるいは直火バーナの燃焼生成ガス
による加熱気化洗浄により行う場合、有害な有機溶剤等
が引き起こす公害問題、あるはい燃焼生成ガスのパージ
によるコスト上昇を避けることができない、そこで、前
記特開昭８２−２７０７６１号公報に示される表面処理
では、軟窒化炉内でワークを予熱すると同時に、同炉内
を排気してワークを真空加熱気化洗浄するようにしてい
る。

また、軟窒化処理においては、安定な窒化物層を得るた
め、窒化処理後にワークを急冷する必要があるが、この
急冷に冷却液を用いたのでは、その管理が面倒でしかも
周辺環境の汚染を招くようになる。そこで、前記特開昭
８２−２７０７６１号公報または前記特開昭１３３−２
５５３５５号に示される表面処理においては、軟窒化処
理後に同炉内を排気して冷却用のガスを導入し、ガス冷
却するようにしている。

（発明が解決しようとする課Ｂ）すなわち、ガス軟窒化処理後に引続いてガス酸化処理を
行う表面処理においては、ガス軟窒化処理の前処理であ
る洗浄処理およびガス酸化処理の後処理である冷却処理
は公害、衛生の面から間接加熱による加熱気化洗浄およ
びガス冷却を採用するのが望ましい訳であるが、上記し
たようにこれらの処理を同一処理室内で実行しようとす
ると、一つの処理を行っている間は、他の処理が待ちの
状態となり、したがってサイクルタイムの延長が避けら
れず、生産性が低下するという問題があった。

本発明は、上記従来の問題を解決することを課題として
なされたもので、その目的とするところは、ワークを連
続的に流して間接加熱による加熱気化洗浄、ガス軟窒化
、ガス酸化およびガス冷却の処理を連続に行うことを可
能とし、もって生産性の向上に大きく寄与する連続表面
処理炉を提供することにある。

（課題を解決するための手段）本発明は、上記目的を達成するため、加熱気化洗浄する
予熱室と、ガス軟窒化およびガス酸化する窒化室とガス
冷却する冷却室とを扉フードを介して連設し、前記各室
を独立の密閉室として区画すると共に、前記各室および
扉フードを真空ポンプに接続し、かつ搬送ローラを前記
各室内および扉フード内に配設するように構成したこと
を特徴とする。

（作用）上記構成の連続表面処理炉においては、予熱室、加熱室
および冷却室にワークを順次移送することにより、加熱
気化洗浄処理、ガス軟窒化処理、ガス酸化処理およびガ
ス冷却処理を連続に行うことができるので、各処理の待
ち時間は可及的に削減される。

（実施例）以下、本発明の実施例を添付図面にもとづいて説明する
。

第１図〜第３図において、１は本発明にか覧る連続表面
処理炉で、断熱材を内張すした予熱室２と、断熱材を内
張すした加熱室３と水冷ジェット構造の冷却室４とを連
続に備えている。各室２，３．４には装入口１０ａ、１
０ｂ、１０ｃと抽出口１１ａ、ｌｌｂ、ｌｉｅとが設け
られており、各室２，３４は、相互に装入口と抽出口と
を対向させて連続に配置されている。また各装入口１０
ａ、１０ｂ、１０Ｃには装入扉１２ａ、１２ｂ、１２ｃ
が、各抽出口１１ａ、１１ｂ、ｌｉｅには抽出扉１３ａ
、１３ｂ、１３ｃがそれぞれ付設され、各室２，３．４
は独立した密閉室として区画されている。

予熱室２の装入扉１２ａは、支持フレーム１４に固定し
たシリンダ１５の出力軸１５ａに連結され、該シリンダ
１５の作動により上下動して前記装入口１０ａを開閉す
る。同じく冷却室４の抽出扉１３Ｃも支持フレーム１６
に固定したシリンダ１７の出力軸１？ａに連結され、該
シリンダ１７の作動により上下動して前記抽出口１３ｃ
を開閉する。

方、予熱室２の抽出扉１３ａと加熱室３の装入扉１２ｂ
　、および加熱室３の抽出扉１３ｂと冷却室４の装入扉
１２ｃは、それぞれ連結体１８を介して一体化されて中
間扉１９．２０を構成している。また予熱室２と加熱室
３との間、加熱室３と冷却室４との間には扉フード２１
．２１が配設され、各扉フード２１には真空ポンプ（図
示部）が接続され前記中間Ｊｊｊ１９，２０を気密的に
覆って各室２，３．４を連接している。各扉フード２１
の上端にはシリンダ２２．２３が固定されており、両シ
リンダ２２，２３の出力軸２２ａ、２３ａには前記連結
体１８．１８が連結されている。すなわち、各中間扉１
９．２０はシリンダ２２．２３の作動により上下動する
。

予熱室２および加熱室３ははＣ同じ構成とされ、各室２
．３内の側壁近傍にヒータ２４が、また各室２．３の天
井部に循環ファン２５が配設されている。一方、冷却室
４にはファン２７と、下方を開放したトンネル状のバッ
フル２８と、熱交換器（冷却器）２９とが配設されてい
る（第３図）。

バッフル２８は、その前後が冷却室４の装入口ｌＯＣと
抽出口ｌｉｅとを向くように配置され、かつその天井に
設けた開口２８ａをファン２７に臨ませている。冷却室
４内の雰囲気は、８３図に矢印で示すように、バッフル
２８の下部からその内部に吸引された後、開口２８ａか
らバッフル２８の外へ排出され、さらに熱交換器２９部
を通過して循環するようになっている。

３１は、ワーク−を搬送するローラコンベアで、予熱室
２、加熱室３および冷却室４を結ぶように配設されてい
る。ローラコンベア３１を構成する各ローラ３２は、そ
の両端部が各室２，３．４の側壁を貫通して水平方向へ
引き出されている。各ローラ３２が引き出された各室２
，３．４の外壁部分には、該ローラ３２を気密下に挿通
させて内部へのエアの流入を規制するシール箱３３が固
設されている（第２図、第３図）、なお、ローラ３２の
一端部にはスプロケット３４が固定され、各スプロケッ
ト３４には駆動源に接続するチェーン（図示部）が掛け
られている。

しかして、予熱室２の天井には空気導入口３５が設けら
れている。また加熱室３の天井には２つのガス導入口３
８．３７が設けられ、その一方のガス導入口３ＢにはＮ
Ｈ３ガスの発生源（図示部）に通じる配管３８の一端が
、その他方のガス導入口３７にはＣＯ２ガスの発生源（
図示部）とエア源（図示部）とに通じる配管３８の一端
がそれぞれ接続されている（第２図）、また上記シール
箱３３には、Ｎ２ガスの発生源（図示部）に通じる配管
４０の一端が接続されており、該配管４０を給送された
Ｎ２ガスがローラ３２の挿通隙間から加熱室３内に導入
されるようになっている。

また、各室２，３．４の側壁およびタンク　８の側壁に
は、第２．３図に示すように排気口４２が設けられ、各
排気口４２には真空ポンプ４３ａ、４３ｂに通じる配管
４４の一端が接続されている（なお、予熱室２および扉
フード炉２１については図示を略す）、また冷却室４の
側壁には、カス流入口４５が設けられ、このガス流入口
４５にはＮ２ガスの発生源（図示部）に通じる配管４６
とベントロ（図示部）に通じる配管４７の一端がそれぞ
れ接続されている。なお、上記配管類にはバルブ（電磁
バルブ）　４８．４８・・・が介装されており、これら
バルブの操作により各室２，３．４へのガス流入、流出
が制御されるようになっている。

５０は、予熱室２の装入口１０ａに臨んで配置された装
入テーブル、５１は冷却室４の抽出口１１ｃに臨んで配
置された抽出テーブルで、それぞれにはワーク讐を搬送
するためのローラ５２が設けられている。

以下、上記のように構成した連続表面処理炉の作用を第
４図も参照して説明する。なお、第４図は、表面処理中
におけるワークの熱サイクルと炉内の圧力サイクルとを
示したもので、同図中、■は予熱室２、■は加熱室３、
■は冷却室４をそれぞれ表わしている。

表面処理に際しては、予め装入扉１２ａ、中間扉１９．
２０および抽出扉１３ｃの全ての扉を閉め、ヒータ２４
に通電して予熱室２内をワークに付着している油等の不
純物が気化する温度（３００〜４００℃）に、加熱室３
内を軟窒化温度（５５０〜６５０℃）に保持しておく、
そして先ず、シリンダ１５の作動により予熱室２の装入
扉１２ａを開け、装入テーブル５０上のワークＷを装入
口１０ａから予熱室２内に装入し、続いてシリンダ１５
の再作動により装入扉１２ａを閉じる。この際、ワーブ
−に付着している切削油、潤滑油等の不純物は急激に気
化して、室２内の汚染の原因となる油ベーパが多量に発
生する０次に真空ポンプ（図示略）を運転して予熱室２
内を０．５Ｔｏｒｒ以下まで排気して、加熱初期に発生
する多量の油ペーパーを除去した後、空気導入口３５か
ら予熱室２内にエアを導入する。この時、真空ポンプに
通じるバルブを開閉して炉内圧力を６５０〜７００　Ｔ
ｏｒｒに調整すると共に、ファン２５を回転させる。ワ
ーク讐は、ファン２５の回転により対流加熱され速やか
に不純物の気化温度（３００〜４００℃）に加熱され、
ワーク表面に付着していた切削油、潤滑油等の不純物が
徐々に分解、蒸発すると共に、室内の雰囲気が真空ポン
プによって予熱室２の外へ排出される。すなわち、ワー
ク−は加熱気化洗浄されると共に、ワークＷの表面に薄
い酸化膜が形成される。

上記加熱気化洗浄後、真空ポンプによって予熱室２内を
０．５Ｔｏｒｒ以下に排気した後、シリンダ２２の作動
により中間扉１９を開け、ローラコンベア３１によって
ワーク讐を予熱室２とはＣ同圧とした加熱室３へ移行さ
せ、中間扉１９を閉じる。そして、加熱室３内へＮ２ガ
ス発生源に通じる配管４０のバルブ４８（第２図）を開
いて　Ｎ２ガスを６５０〜７００　Ｔｏｒｒになるまで
導入する。

ワークＷはＮ２雰囲気下で、ファン２５の回転によって
対流加熱され、速やかに軟窒化温度（５５０〜６５０℃
）まで昇温される０次に、再び真空ポンプ４３ａを運転
して加熱室３内を　０．５Ｔａｒｒ以下になるまで排気
し、今度は、前記Ｎ２ガス発生源に通じる配管４０に加
え、ＮＨ３ガス発生源に通じる配管３８、Ｃ０２ガス発
生源に通じる配管３９のバルブ４８（第２図）も開き、
加熱室３内に窒化ガスとしてのＮＨ３ガス、Ｃ０２ガス
、Ｎ２ガスを所定の比率で導入する。この時、真空ポン
プに通じるバルブを開閉して炉内圧力を　５００〜６０
０　Ｔｏｒｒに調整すると共に、ファン２５を回転する
。なお、本実施例においてはＮＨ３ガス、ＣＯ２ガス、
Ｎ２ガスの導入経路を分離しているので、ガス相互の反
応に起因するガス導入口３６．３７の目詰まりを防止で
きる。

上記窒化ガスは軟窒化温度下の加熱室３内で以下のよう
に反応する。

２　ＮＨ３＝２　（Ｎ）　＋　３　Ｈ２・・・（１）Ｃ
Ｏ２＋　Ｎ２：：　ｃｏ十Ｈ２０・・・（２）２　ＧＯ
：　（Ｃ）　＋ＣＯ２・・・（３）すなわち、ＮＨ３は
（１）式により分解して発生期の（Ｎ）を生成し、これ
がワーク−の表面に侵入して窒化反応が起こる。またＣ
０２は（１）式で生成したＮ２　と反応してＣＯと　Ｎ
２０を生成し、このＣＯは、さらに（３）式によって発
生期の（Ｃ）を生成し、これがワーク表面に侵入してい
わゆる浸炭が起こる。加熱室内に導入したＣＯ２および
上記反応で生じたＮ２０は、ワーク表面において酸化反
応を起こし、窒化物層にポーラス部を生じさせ、表面硬
さや耐摩耗性の低下、あるいは摺動特性や剛性の低下を
招くこととなる。しかしながら、本実施例においては加
熱室３内を真空排気してから５００〜Ｂｏｏ　Ｔａｒｔ
という減圧雰囲気下で軟窒化を行っているので、加熱室
３内の酸素分圧が低くなり、酸化反応が抑制されてポー
ラス部のない緻密な窒化物層が得られ、処理後のワーク
の品質性能は著しく向上するようになる。また、ワーク
の表面には薄い酸化膜が形成されているので、軟窒化が
促進する。

上記窒化処理完了後、ＮＨ３ガス、Ｃ０２ガスおよびＮ
２ガスの導入経路を閉じ、真空ポンプ４３ａの運転によ
り加熱室３内を約０．５Ｔｏｒｒ以下まで排気し、その
後、００２発生源とエア源とに通じる配管３９のバルブ
４８（第２図）を開き、酸化性ガスとしてＣＯ２とエア
（０２）とを同時に加熱室３内に導入する。この時、エ
アの導入は短時間（約１分間）で止め、Ｃ０２の導入の
み継続（１０分間）して炉内圧力をは一３５０Ｔｏｒｒ
になるまで高める。酸化性ガスの存在によりワーク表面
で急激に酸化反応が起こり、一部下安定な（剥離し易い
）　ＦｅＯあるいはＦｅ　２０３が生成されるが、この
ＦｅＯあるいはＦｅ　２０３は酸化力の弱いＣ０２によ
り緩やかに酸素リッチのＦｅ３Ｏ４に変えられる。Ｆｅ
３Ｏ４はきわめて密着性が良く、酸化皮膜は安定して特
に耐食性の向上に大きく寄与する。なお、窒化処理後の
雰囲気には、ＮＨ３、Ｈ２、Ｃ０１ＣＨ４等の有害ガス
が含まれるので、本実施例では真空ポンプ４３ａの下流
に燃焼装置（コンパスタ−）を設けて排ガスとして大気
に放出するようにしている。

上記酸化処理後、再び真空ポンプ４３ａを運転して加熱
室３内を　０．５Ｔｏｒｒ以下に真空排気する。なお、
冷却室４は上記軟窒化および酸化処理の間に、真空ポン
プ４３ｂ（第３図）の運転により加熱室３とは一同圧に
されている０次に、シリンダ２３の作動により中間扉２
０を開け、ローラコンベア３１によりワーク讐を冷却室
４へ装入する。そして、中間扉２０を閉じると同時にＮ
２ガス発生源に通じる配管４６のバルブ４８を開け（第
３図）、Ｎ２ガスを冷却室４内に導入する。この時、真
空ポンプ４３ｂに通じるバルブ４８を開閉して冷却室４
内の圧力を６５０〜７００　Ｔｏｒｒに調整すると共に
、冷却ファン２７を回転する。

冷却室４内のＮ２雰囲気はワーク臀を収容するバッフル
２８内を下方から上方へ流動しく第３図）、ワーク讐を
急速に冷却し、これによって窒化物層は安定となる。冷
却終了後は、ベントロに通じる配管４７のバルブ４８を
開いて冷却室４内を大気圧に戻し、抽出扉１３ｃを開け
てワークＷを抽出テーブル５１上に搬送し、これにて一
連の表面処理は完了する。

（発明の効果）以上、詳細に説明したように、本発明にか覧る連続表面
処理炉によれば、ワークを連続的に搬送しつ一加熱気化
洗浄理後、ガス軟窒化とガス酸化、ガス冷却の処理を各
独立の室で行うことができるので、各処理の待ち時間を
可及的に削減し得て生産性の向上に大きく寄与する効果
がある。また各室を真空ポンプに接続したので、適宜真
空または減圧下での処理が可能となり、表面処理層の品
質向上に大きく寄与する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかへる連続表面処理炉の構造を示す
断面図、第２図は、！１８１図の■−■矢視線に沿う断
面図、第３図は、第１図のｍ−ｍ矢視線に沿う断面図、
第４図は、本連続表面処理炉による熱サイクルおよび圧
力サイクルを示す線図である。２・・・予熱室、　　　　　３・・・加熱室４・・・冷
却室、　　　　１２ａ・・・装入扉１３ｃ・・・抽出扉
、　　　　１９．２０・・・中間扉２１・・・扉フード
、　　　　２４・・・ヒータ２５．２？・・・ファン、
　　　３１・・・ローラコンベア４３ａ、４３ｂ・・・
真空ポンプ、Ｗ・・・ワーク特許出願人　トヨタ自動車
株式会社同　　　　中外炉工業株式会社第図第４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）加熱気化洗浄する予熱室と、ガス軟窒化およびガ
ス酸化する加熱室とガス冷却する冷却室とを扉フードを
介して連設し、前記各室を独立の密閉室として区画する
と共に、前記各室および扉フードを真空ポンプに接続し
、かつ搬送ローラを前記各室内および扉フード内に配設
したことを特徴とする連続表面処理炉。